中国石油大学岩石力学模拟试题

《岩石力学》练习题

绪论

一、名词解释

1.岩石力学

岩石力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，它是力学的一个分支，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境中力场的反应。

2.静岩压力

地球内部在不同深度处单位面积地球内部岩石压力基本上保持平衡，类似于静水压力；其数值与该处上覆岩石的总重量相等，称为静岩压力，其大小可用P=ρgh来表达，即静岩压力（P）等于某一深度（h）、该处上覆物质平均密度（ρ）与平均重力加速度（g）的乘积。

二、简答题

1 岩石具有哪三种特性？

①非均质性；②不连续性。岩体不但有微观的裂隙，而且有层理、片理、节理以至于断层等不连续面；③各向异性。

2 怎样理解岩石的多相体？

岩石是由岩石骨架和孔隙组成。岩石骨架是固体，孔隙里面充满了流体，流体包括油气水。所以，岩石是由固体和流体组成的，是固液两相或固液气三相，所以岩石是多相体。

3. 岩石力学的复杂性体现在什么地方？

岩石力学的复杂性表现在：⑴岩石具有局部破坏特性；⑵尺寸效应；⑶抗拉强度比较小；⑷地下水的影响；⑸风化；⑹岩体外载的不确定。

4. 钻井中有哪些问题与岩石力学有关？

①井壁稳定问题，包括井眼缩径、井壁坍塌、井漏等；②岩石破碎问题，包括岩石的剪切破坏与抗压破坏等。

第一章应力与应变

一、选择题

1、在地下，岩石所受到的应力一般为（ B ）。

A、拉应力

B、压应力

C、剪应力

二、名词解释

1、什么是面力？什么是体力？

所谓面力指的是作用在物体表面上的力，如压力、摩擦力等。

体力指布满在物体内部各质点上的力，如重力、惯性力、电磁力等。

2、什么是正应力？什么是剪应力？

作用力与受力面的关系可以呈任意方向，如果作用力是沿着受力面的法线方向，作用力就称为法向力，除以受力面的面积得到的值就是正应力值。如果作用力与受力面的法线方向垂直，即与受力面平行，作用力就称为剪切力，除以受力面的面积得到的值就是剪应力值。

三、简答题

1、应力的正负是怎样规定的？

岩石力学中，①正应力以压应力为正，拉应力为负；②剪应力以使物体发生逆时针转动为正，反之为负；③θ角以x轴正向沿逆时针方向转动所形成的夹角为正，反之为负。

2、一个点的平衡状态需满足哪两个平衡？

一是满足力的平衡，二是满足力矩的平衡。

3、怎么理解受力单元体？

由于岩石的破坏具有局部性的特点，所以采用受力单元体的方式来进行分析，找到受力单元体破坏的方位，从而对整体岩石的破坏进行分析。

4、应力的两个下标各表示什么含义？

应力的第一个下标表示应力所在面的外法线方向；第二个下标表示应力的方向。由于正应力的两个下标一样，所以可用一个下标来表示。

5、画出二维应力受力体的受力图。

所谓二维应力状态，是指与第三角标有关的应力分量皆为零的状态，即

σ33 = σ32 = σ31 = 0

这也就是通常所指的平面应力状态。

6、什么是剪应力互等定理？

在两个互相垂直的平面上，两个相反的剪应力必然成对存在，且大小相等，方向相反。

7、什么是主应力和主平面？

面元上只有正应力，剪应力等于零时，面元的法线方向称为主方向，相应的正应力称为主应力，主应力所在的平面称为主平面。

8、什么是莫尔应力圆？

莫尔应力圆由莫尔（Mohr ）于1914年提出。以正应力（σ）和剪应力（τ）为直角坐标系的圆上各点表示点在不同方位上的应力状态。其圆心为［(σ1+σ3)/2,0］，半径为(σ1-σ3)/2，与σ轴交于两点，即σ1和σ3。不同的应力状态可用一系列的圆来表示。

四、计算题

1、如果知道了地下岩石某一点的平面应力状态如下：MPa x 20=σ,

MPa y 10=σ, MPa xy 10-=τ

(1)画出应力莫尔圆；

(2)计算 1σ ,m ax τ

(1)应力莫尔圆

(2)如图可知：

()()()())(2.111010102021

2222max MPa r yx xy y x =--+-=-+-==ττσστ

)(2.262.112

102021MPa r Y x =++=++=σσσ 2、如果知道了地下岩石某一点的平面应力状态如下：MPa x 20=σ,

MPa y 10=σ, MPa xy 10=τ

（1）画出应力莫尔圆；

（2）计算 1σ,2σ,m ax τ

解： (1)应力莫尔圆

(2)如图可知： ()()()())(2.111010102021212222max MPa r yx xy y x =++-=-+-==ττσστ )(2.262.112102021MPa r Y x =++=++=

σσσ )(8.32.112

102022MPa r Y

x =-+=-+=σσσ

第二章岩石组成与岩石物理性质

一、填空题

1、沉积岩按沉积类型可分为（碎屑沉积岩）、（结晶沉积岩）、（生物沉积岩）。

二、选择题

1、下列关于孔隙度的大小排列正确的是（ C ）

A 、绝对孔隙度>流动孔隙度>连通孔隙度

B 、流动孔隙度>连通孔隙度>绝对孔隙度

C 、绝对孔隙度>连通孔隙度>流动孔隙度

2、由于岩石的抗压强度远大于它的抗拉强度。所以岩石属于（D ）

A 脆性材料

B 延性材料

C 坚硬材料

D 脆性材料，但围压较大时，会呈现延性特征 3、岩体的尺寸效应是指（ C ）。

A. 岩体的强度和弹性模量与试件的尺寸没有什么关系

B. 岩体的强度和弹性模量随试件的增大而增大的现象

C. 岩体的强度和弹性模量随试件的增大而减少的现象

D. 岩体的强度比岩石的小

三、判断改错题 1、砂岩中存在四种基本孔隙结构：粒间孔隙、溶蚀孔隙、微孔隙和裂隙，其中微孔隙和裂隙属于次生孔隙。

×。把“其中微孔隙”改为“其中溶蚀孔隙”。

2、岩石分为沉积岩、变质岩、火成岩三类，化石存在于这三类岩石中。 ×。把“这三类岩石”改为“沉积岩”。

3、以下三种孔隙度的关系为：绝对孔隙度〉连通孔隙度〉流动孔隙度。 √。

4、岩体的渗透率是表征岩体介质特征的函数，与流体性质无关。

√

四、名词解释

1、重力密度

重力密度(γ)是指单位体积中岩石的重量，通常简称为重度。这个指标通常由密度乘上重力加速度而得，其采用的单位为kN/m 3。

2、岩石的孔隙比和孔隙度

岩石的孔隙比(e)指孔隙的体积V v 与固体体积Vs 之比。其公式为s

v V V e 岩石的孔隙度（Φ）指孔隙的体积V v 与试件总体积V 的比值，以百分率表

示。其公式为

100v V V

φ=? （%）孔隙比和孔隙率存在如下关系：1e φφ

=- 3、岩石的渗透性

在压力作用下，岩石允许流体通过的性质称为岩石的渗透性。它间接地反映了岩石中裂隙间相互连通的程度。

4、岩石

岩石是由一种或几种矿物按一定方式结合而成的天然集合体，如：花岗岩是由石英、长石、和云母颗粒组成的。

5、砂岩的双孔隙

砂岩的双孔隙包括原生孔隙和次生孔隙。

6、岩石的粒度组成

岩石的粒度组成是指构成岩石的各种大小不同的颗粒含量，以百分数表示。

7、岩石的比表面积

岩石比表面积是指单位体积的岩石内颗粒的总表面积。

五、简答题

1、按照孔隙度值来划分或评价储集层，其标准是什么？

按照孔隙度值来划分或评价储集层，其标准是：

φ<5% 极差储层

5%<φ<10% 差储层

10%<φ<20% 良好储层

φ>20% 特好储层

2、怎样判别侵入岩和喷出岩？

一般说来，细粒火成岩大都是喷出岩，它们的温度先是急剧下降，然后至地面进行冷却；而粗粒火成岩多是侵入岩，它们的温度是逐渐冷却的。所以可以用颗粒的粗细来判别侵入岩和喷出岩。

3、沉积岩是经过哪些作用形成的？

沉积岩是经过母岩风化、剥蚀、搬运、沉积作用后，又经过胶结、压固、重结晶、交代作用形成的。

4、什么是岩石的变质作用？

在地球内部高温或高压的情况下，先已存在的岩石发生各种物理、化学变化使其中的矿物重结晶或发生交互作用，进而形成新的矿物组合。这种过程一般称之为变质过程，相应的这一作用叫做变质作用。

5、什么是成岩旋回？

由火成岩、沉积岩和变质岩的形成过程可以看出它们之间有着密切的联系，它们都是活动着的地球过程的产物，同时，随着地球上主要地质过程的演变，这三类岩石之间可以互相转变。

成岩旋回图

6、岩石的物理性质主要由哪三个方面的因素决定的？

一般说来，岩石的物理性质主要由三个方面的因素决定：

第一，岩石的组成，包括组成岩石的矿物成分，岩石内部的孔隙度，岩石的饱和状态和孔隙流体的性质等；

第二，岩石内部的结构，包括矿物颗粒的大小、形状及胶结情况，岩石内部的裂隙和其它不连续界面等；

第三，岩石所处的热力学环境，包括温度、压力和地应力场等。

7、什么是沉积岩的碎屑结构？举例说明

碎屑岩是由单个颗粒通过胶结物胶结而成的，其中有大量的孔隙，常见的胶结物有钙质、硅质、泥质等，像砂岩等。

8、什么是沉积岩的结晶结构？举例说明

结晶沉积岩的结构是由沉积过程中生成的晶体决定的，晶体形成一种紧密排

列结构，原生孔隙小，如碳酸盐岩、盐膏岩等。

9、什么是变质岩的片状结构？

变质岩的片状结构是在高温高压下，由重结晶作用和各种矿物的分离作用而造成的明暗矿物间互带，如片麻岩。

10、碎屑沉积岩不同胶结物的胶结强度是怎样一个顺序？

对于碎屑沉积岩来说，其胶结物对强度影响程度最大，即其强度主要取决于矿物颗粒间的连接强度。不同胶结物的连接强度不同：硅质〉铁质＞钙质＞泥质。

六、计算题

1、假定岩石由半径为1mm 的矿物小球按立方堆积（下图）组成，

计算其孔隙度和孔隙比表面积。再假定岩石由半径为1cm 的矿物

小球按立方堆积组成，计算其孔隙度和孔隙比表面积。并讨论尺度

效应。

解：①对于半径为1mm 的矿物小球立方堆积的岩石，取其边长为2mm 的正方体，正好容纳1个矿物小球：

%4848.052.012

134133==-=-=πφ )/(57.12

2143232mm mm SSA ===ππ ②对于半径为1cm 的矿物小球立方堆积的岩石，取其边长为2cm 的正方体，正好容纳1个矿物小球：

%4848.052.012

4133==-=-=πφ 323232/157.0)/(57.12

214mm mm cm cm SSA ====ππ ③经计算可知，对于半径不同的相同粒径的矿物小球按立方堆积时，其孔隙度都为48%，但孔隙比表面积却不一样。岩石的颗粒越细，孔隙比表面积越大。

第三章岩石的力学性质及其影响因素

一、填空题

1、围压影响着岩石的残余强度。随着围压加大，岩石的（抗压强度）、（弹性模量）、（残余强度）、（延性）都跟着增加。

2、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本参数是（弹性模量）和（泊松比）。

3、当岩石孔隙度增大时，岩石强度（降低）；当围压增大时，岩石强度（增加）。

4、岩石的破坏取决于物理环境，包括（围压、温度、应变率、中间主应力及孔隙、孔隙压力）等，在低温、低围压及高应变率条件下，岩石往往表现为（脆性破坏）；而在高温、高围压及低应变率的条件下，岩石往往表现为（延性破坏或延性流动）。

5、垂直于岩石层面加压时，其抗压强度(大)，弹性模量(大)；顺层面加压时的抗压强度(小)，弹性模量(小)。

6、通常情况下，岩石的峰值应力及弹性模量随着应变率降低而（下降），而破坏前应变则随着应变率降低而（增加）。

二、选择题

1、围压增加，岩石的弹性模量（A ）。

A、增大

B、减小

C、不变

2、岩石的峰值强度随围压的增加而（ A ）。

A、增大

B、减小

C、不变

3、岩石的变形能力越大，岩石的（ B ）越大。

A、脆性

B、塑性

C、刚性

4、剪胀(或扩容)表示（D）

A岩石体积不断减少的现象

B裂缝逐渐闭合的一种现象

C裂缝逐渐涨开的一种现象

D岩石的体积随压应力的增大逐渐增大的现象

5、剪胀(或扩容)发生的原因是（D）

A岩石内部裂隙闭合引起的B压应力过大引起的

C岩石的强度大小引起的D岩石内部裂隙逐渐张开的贯通引起的

6、岩石的抗压强度随着围岩的增大（A）

A 而增大B而减小C保持不变 D 会发生突变

7、下列那个不是水对岩石力学性质的影响（A）。

A. 连接作用

B. 润滑作用

C. 孔隙水压力作用

D. 弱化作用

8、在岩石抗压试验中，若加载速率增大，则岩石的抗压强度（A）

A增大B减小C不变D无法判断

9、岩石的割线模量和切线模量计算时所对应的应力取值为（B）

A σB/2

B σc/2

C σ

D D σ50

10、岩石的本构关系是指( C)。

A. 应变－时间关系

B. 应力－时间关系

C.应变与应力等其他函数的关系

D. 应力－应变－时间关系

11、在应力应变全过程变化曲线的四个阶段中，应变硬化现象发生在哪一阶段（C ）

A、微裂隙的压密阶段

B、线弹性变化阶段

C、微破裂阶段

D、破坏阶段

三、判断改错题

1、在围压一定的条件下，孔隙压力越高，岩石的变形越大。

√。

2、随着围压的增大，岩石的弹性极限显著减小。（A）

×。“显著减小”改为“增大”。

3、围压越高，岩石的变形能力越大。

√。

4、围压用来描述岩石在地下所受的压力环境。

√。

5、围压增加，岩石的弹性模量增大。

√。

6、岩石中的孔隙和裂隙越多，岩石的力学性质越好。（A ）